CN112014975A - 头戴式显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种头戴式显示器，其包括：框架；透镜，设置于所述框架上；透明的基板，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述透镜贴合；多个红外微型LED，阵列排布于所述第二表面上；多个微型光学感测元件，阵列排布于所述第二表面上；以及微型集成电路，设置于所述第二表面上，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路；其中，所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光，所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像，所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置。

Description

头戴式显示器
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种头戴式显示器。
背景技术
如图4所示，一种现有的头戴式显示器1中，显示器2、透镜组件3及眼球追踪相机4等均为间隔设置并独立设计的。因此，现有的头戴式显示器1集成度低，体积大。
发明内容
本发明一方面提供一种头戴式显示器，其包括：
框架；
透镜，设置于所述框架上；
透明的基板，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述透镜贴合；
多个红外微型LED，阵列排布于所述第二表面上；
多个微型光学感测元件，阵列排布于所述第二表面上；以及
微型集成电路，设置于所述第二表面上，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路；
其中，所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光，所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像，所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置。
于一实施例中，当使用者佩戴所述头戴式显示器时，所述基板相较于所述透镜更靠近使用者的眼睛。
于一实施例中，所述透镜具有相对的第三表面和第四表面，所述第三表面相较于所述第四表面更靠近所述基板，其中，所述第三表面上设置有半波片，所述第四表面上设置有反射式线偏光片。
于一实施例中，所述透镜包括对应于使用者的左眼的左透镜及对应于使用者右眼的右透镜，所述左透镜和所述右透镜与同一个所述基板进行贴合，位于所述基板上的所有的所述红外微型LED共同追踪使用者的左眼球和右眼球。
于一实施例中，所述透镜包括对应于使用者的左眼的左透镜及对应于使用者右眼的右透镜，所述左透镜和所述右透镜分别与一个所述基板进行贴合，与所述左透镜贴合的所述基板上的所述红外微型LED追踪使用者的左眼球，与所述右透镜贴合的所述基板上的所述红外微型LED追踪使用者的右眼球。
于一实施例中，所述头戴式显示器还包括阵列排布于所述基板上的多个像素微型LED，所述像素微型LED电性连接所述微型集成电路，并在所述微型集成电路的控制下进行图像显示。
于一实施例中，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件通过透明的引线电性连接所述微型集成电路。
于一实施例中，所述微型光学感测元件为互补金属氧化物半导体元件。
于一实施例中，所述红外微型LED的尺寸为1微米到100微米。
于一实施例中，所述基板的材质为玻璃或塑料。
该头戴式显示器，其基板的一表面与透镜贴合，另一表面上布置有红外微型LED、微型光学感测元件及微型集成电路，相较于显示器、透镜组件及眼球追踪相机等均为分离设置并独立设计的方式，降低了头戴式显示器的光路体积，利于整个产品的薄型化，集成度高。
附图说明
图1为本发明一实施例的头戴式显示器的立体示意图。
图2为本发明一实施例的头戴式显示器使用时，使用者的眼睛、基板及透镜的相对位置示意图。
图3为本发明一实施例的头戴式显示器中，红外微型LED、微型光学感测元件及微型集成电路在基板上的分布示意图。
图4为现有的头戴式显示器的结构示意图。
主要元件符号说明
头戴式显示器 100、1
框架 10
承靠部 12
透镜 20
左透镜 22
右透镜 24
第三表面 202
第四表面 204
基板 30
第一表面 302
第二表面 304
红外微型LED 40
微型光学感测元件 50
微型集成电路 60
显示器 2
透镜组件 3
眼球追踪相机 4
眼睛 5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本发明一实施例的头戴式显示器100的立体示意图。该头戴式显示器100作为眼前的增强式显示器，可连接到个人电脑、智能手机或其他类型的计算平台，以向使用者提供极具真实感的图像和身临其境的体验。
如图1所示，头戴式显示器100包括框架10及设置于所述框架10上的透镜20等组件。透镜20包括对应于使用者的左眼的左透镜22以及对应于使用者的右眼的右透镜24。框架10包括对应于使用者的鼻梁的承靠部12，用于供使用者佩戴时抵靠其鼻梁。另外，框架10还可包括利于使用者佩戴的带(图未示)，该带可环绕使用者头部以进行佩戴。
如图2所示，头戴式显示器100还包括基板30。基板30为透明的，其具有相对的第一表面302和第二表面304，所述第一表面302与所述透镜20贴合。所述基板30相较于所述透镜20更靠近使用者的眼睛5。
如图3所示，基板30的第二表面304上设置有多个红外微型LED40、多个微型光学感测元件50以及微型集成电路60(micro integrated circuit，简称micro IC或μIC)。多个红外微型LED40阵列排布于所述第二表面304上，形成多行多列。多个微型光学感测元件50同样阵列排布于所述基板30的第二表面304上，形成多行多列。
图3中，相邻的两行红外微型LED40之间设置有一行微型光学感测元件50，相邻的两行微型光学感测元件50之间设置有一行红外微型LED40。于其他实施例中，红外微型LED40、微型光学感测元件50在基板30上的排布方式不限于此。
所述红外微型LED40和所述微型光学感测元件50电性连接所述微型集成电路60。其中，所述红外微型LED40用于向使用者的眼球发射红外光，所述微型光学感测元件50用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像，所述微型集成电路60用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置。如此，使得该头戴式显示器100具备眼球追踪功能。
该头戴式显示器100，其基板30的一表面与透镜20贴合，另一表面上布置有红外微型LED40、微型光学感测元件50及微型集成电路60，相较于显示器、透镜组件及眼球追踪相机等均为分离设置并独立设计的方式，降低了头戴式显示器100的光路体积，利于整个产品的薄型化，集成度高。进一步地，制程简化，降低成本。
于一实施例中，所述微型集成电路60根据使用者的眼球转动的位置，可以判断出使用者的眼部活动，例如，眼跳动、注视、平滑跟踪、眨眼等。如此，该头戴式显示器100可以根据使用者的眼部运动给于使用者不同的反馈(例如，显示不同的图像)。
请继续参阅图2，红外微型LED40、微型光学感测元件50及微型集成电路60设置于基板30的第二表面304。即，红外微型LED40、微型光学感测元件50及微型集成电路60设置于基板30靠近使用者眼睛5的表面，而透镜20相较于红外微型LED40、微型光学感测元件50及微型集成电路60更远离使用者的眼睛5。如此，微型光学感测元件50感测的被使用者的眼球反射回的红外光不会受到透镜20影响，进而微型光学感测元件50采集的使用者的眼球的图像也不会受到透镜20影响，进而可防止透镜20引起的图像畸变现象。
请继续参阅图2，所述透镜20具有相对的第三表面202和第四表面204，所述第三表面202相较于所述第四表面204更靠近所述基板30。即，透镜20的第三表面202与基板30的第一表面302贴合。
于一实施例中，所述第三表面202上设置有半波片(图未示)，所述第四表面204上设置有反射式线偏光片(图未示)，以对由外界进入人的眼睛5的光线进行偏振和/或反射，进而避免多余的杂光影响使用者对图像的观看。于其他实施例中，透镜20的第三表面202和第四表面204上也可以设置其他的影响外界光线的膜层，例如折射层、滤光层、四分之一波片等，不限于此。
于一实施例中，所有的所述红外微型LED40共同追踪使用者的左眼球和右眼球。左透镜22和右透镜24与同一个基板30进行贴合，而位于该基板30上的所有的所述红外微型LED40共同追踪使用者的左眼球和右眼球。
于另一实施例中，所有的所述红外微型LED40依位置分为两组，一组追踪使用者的左眼球，另一组追踪使用者的右眼球。左透镜22和右透镜24分别与一个基板30进行贴合，而与左透镜22贴合的基板30上的所有的所述红外微型LED40为一组，其用于追踪使用者的左眼球，而与右透镜24贴合的基板30上的所有的所述红外微型LED40为另一组其用于追踪使用者的右眼球。即，与左透镜22贴合的基板30上的红外微型LED40用于接收使用者的左眼反射的红外线，与右透镜24贴合的基板30上的红外微型LED40用于接收使用者的右眼反射的红外线。相应地，与左透镜22贴合的基板30上的微型光学感测元件50用于感测使用者的左眼反射回的红外光，并采集使用者的左眼的图像，与右透镜24贴合的基板30上的微型光学感测元件50用于感测使用者的右眼反射回的红外光，并采集使用者的右眼的图像。而微型集成电路60根据该左眼的图像和该右眼的图像分别判断使用者的左眼和右眼的转动，进而实现眼球追踪的功能。
于再一实施例中，所有的所述红外微型LED40依位置分为两组，一组追踪使用者的左眼球，另一组追踪使用者的右眼球。左透镜22和右透镜24仍是与同一个基板30进行贴合，该基板30上的所有的所述红外微型LED40依位置大致分为两组，靠近使用者左眼的一组用于追踪使用者的左眼球，靠近使用者右眼的一组追踪使用者的右眼球。
于一实施例中，所述红外微型LED40的尺寸为1微米到100微米，所述微型光学感测元件50的尺寸范围为1微米到100微米。即，红外微型LED40、微型光学感测元件50、微型集成电路60均为微米级的，并且基板30为透明的。如此，使得外界光线经由透镜20、基板30、及基板30上的红外微型LED40、微型光学感测元件50、微型集成电路60等入射至人的眼睛5的透过率非常高。
于一实施例中，所述基板30的材质为透明的玻璃或透明的塑料。其中，透明的塑料例如可以为聚酰亚胺(PI)。
于一实施例中，所述头戴式显示器100还包括阵列排布于所述基板30上的多个像素微型LED(图未示)，所述像素微型LED电性连接所述微型集成电路60，并在所述微型集成电路60的控制下进行图像显示。如此，头戴式显示器100兼具透明显示功能和眼球追踪功能。
于一实施例中，所述头戴式显示器100包括一数据传输接口(图未示)，通过该数据传输接口该头戴式显示器100连接至一主控端(如，个人电脑、智能手机或其他类型的计算平台)，以将眼球的动态数据(如，微型光学感测元件50采集的使用者的眼球的图像)传输至主控端，以供主控端追踪使用者的眼球。此外，头戴式显示器100也可以通过数据传输接口取得欲播放的影像数据(例如，右眼需要观看的影像和右眼需要观看的影像)，影像数据可通过微型集成电路60控制像素微型LED进行播放。于其他实施例中，头戴式显示器100通过蓝牙与主控端进行连接。
于一实施例中，像素微型LED包括发不同颜色光的多个所述像素微型LED，例如，发红光的红色微型LED、发绿光的绿色微型LED以及发蓝光的蓝色微型LED，通过混合红绿蓝三种基色光发出白光，以实现显示功能。
于一实施例中，所述像素微型LED的尺寸范围为1微米到100微米，其具有亮度高，低功耗，高可靠性，响应时间短等优点。而且，微米级的像素微型LED对于光线的传播亦具有较高的透过率。
于一实施例中，所述红外微型LED40、所述微型光学感测元件50及所述像素微型LED等均通过透明的引线(图未示)电性连接所述微型集成电路60，以进一步提高外界光线进入人眼的透过率。引线的材料例如为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。
于一实施例中，所述微型光学感测元件50为互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)元件。微型集成电路60可包含CMOS效能及嵌入式存储器(例如非挥发性存储器)。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种头戴式显示器，其特征在于，包括：
框架；
透镜，设置于所述框架上；
透明的基板，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述透镜贴合；
多个红外微型LED，阵列排布于所述第二表面上；
多个微型光学感测元件，阵列排布于所述第二表面上；以及
微型集成电路，设置于所述第二表面上，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件电性连接所述微型集成电路；
其中，所述红外微型LED用于向使用者的眼球发射红外光，所述微型光学感测元件用于感测被使用者的眼球反射回的红外光并采集使用者的眼球的图像，所述微型集成电路用于根据所述使用者的眼球的图像确定使用者的眼球转动的位置。
2.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，当使用者佩戴所述头戴式显示器时，所述基板相较于所述透镜更靠近使用者的眼睛。
3.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述透镜具有相对的第三表面和第四表面，所述第三表面相较于所述第四表面更靠近所述基板，其中，所述第三表面上设置有半波片，所述第四表面上设置有反射式线偏光片。
4.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述透镜包括对应于使用者的左眼的左透镜及对应于使用者右眼的右透镜，所述左透镜和所述右透镜与同一个所述基板进行贴合，位于所述基板上的所有的所述红外微型LED共同追踪使用者的左眼球和右眼球。
5.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述透镜包括对应于使用者的左眼的左透镜及对应于使用者右眼的右透镜，所述左透镜和所述右透镜分别与一个所述基板进行贴合，与所述左透镜贴合的所述基板上的所述红外微型LED追踪使用者的左眼球，与所述右透镜贴合的所述基板上的所述红外微型LED追踪使用者的右眼球。
6.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述头戴式显示器还包括阵列排布于所述基板上的多个像素微型LED，所述像素微型LED电性连接所述微型集成电路，并在所述微型集成电路的控制下进行图像显示。
7.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述红外微型LED和所述微型光学感测元件通过透明的引线电性连接所述微型集成电路。
8.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述微型光学感测元件为互补金属氧化物半导体元件。
9.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述红外微型LED的尺寸为1微米到100微米。
10.如权利要求1所述的头戴式显示器，其特征在于，所述基板的材质为玻璃或塑料。
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